Соединение обмоток асинхронного двигателя. Разница между соединением звезда и треугольник. Процессы, происходящие при изменении схемы звезда и треугольник в разных случаях

Как подключить двигатель по схеме “Звезда-Треугольник”

По схеме подключения двигателей “звезда-треугольник” написано предостаточно. Но в каждой статье есть неточности и ошибки. Авторы просто переписывают друг у друга. Подозреваю, что большинство из них ни разу в жизни не подключали двигатель, а название схемы для них – лишь геометрические фигуры. Поэтому решил последовать народной мудрости “хочешь сделать хорошо – сделай это сам”, и написать эту статью.

Рассказываю, полагаясь на свой опыт и понимание вопроса. Как всегда, буду давать теорию и показывать, как это выглядит на практике.

Для начала, если кто совсем не в теме, из какой области знаний вообще это всё? Речь идёт об одном из распространенных способов подключения трехфазного асинхронного электродвигателя, при котором обмотки двигателя сначала подключаются к питающей сети по схеме “звезда”, а потом – по схеме “треугольник”. В молодых пытливых умах сразу возникнет вопрос – “Зачем это нужно?” ОК.

Зачем нужна схема “Звезда – Треугольник”?

Корень проблемы кроется в пусковых токах и чрезмерных нагрузках, которые испытывает двигатель, когда на него подают питание напрямую. Да что там двигатель – весь привод при пуске скрежещет и содрогается!

ВАЖНО! Если дочитали досюда, . Там очень подробно о том, откуда они берутся, как их узнать, посчитать и измерить.

Особенно это критично там, где нет понижающей передачи – редуктора или ремня на шкивах.

Особенно это важно там, где на валу двигателя насажено что-то массивное – крыльчатка или центрифуга.

Подписывайтесь! Будет интересно.

Особенно это значимо там, где мощность двигателя – более 5 кВт, а скорость вращения большая (3000 об/мин).

Вот такие кабанчики не любят, когда их включают в сеть напрямую

Привод отличается от двигателя, как колесо от покрышки и как .

Так вот, для того, чтобы уменьшить мощность на валу двигателя во время пуска, его включают сначала на пониженное напряжение, он не спеша разгоняется, а потом врубают по полной, на номинальную мощность. Реализуется это не изменением напряжения реостатами и трансформаторами, а более хитро. Но по порядку.

Схемы “Звезда” и “Треугольник”

У любого классического трехфазного двигателя есть три обмотки статора. Они могут иметь разную конфигурацию в пространстве, дополнительные выводы, но их три.

Схема обмоток статора с выводами для трехфазного асинхронного двигателя

Как подключить все эти 6 выводов, если у нашего источника питания всего 3 фазы?

Короче, вот простейшая схема:

Схема управления “Звезда-Треугольник” с реле времени. Простейшая теоретическая

В контактах с временной задержкой все постоянно путаются. У меня – правильно)

Что такое КМ1, КМ2, КМ3, вы уже знаете, а вот КА1 – это реле времени с задержкой при включении. Реле может быть любым, хоть электронным, хоть пневматическим типа ПВЛ. Главное, чтобы контакты переключались из исходного состояния через время задержки после подачи питания на КА1.

Подавать питание на схему (запускать двигатель) можно любыми способами – хоть тумблером, хоть .

Минус такой схемы – есть опасность конфликта между КМ2 и КМ3. Поэтому я не очень люблю такую схему, т.к. она работает “на грани”, и её безаварийность очень зависит от механики и конструкции контакторов. Из-за этого могут подгорать контакты, а может и выбивать вводной автомат. Поэтому обязательно необходима блокировка (электрическая и желательно механическая):

Практическая схема “Звезда-треугольник” с блокировкой

Блокировка реализована на НЗ контактах, подробно об этом и не только . Между катушками показана механическая блокировка, не путать со схемой “Треугольник”!

Это реальная схема, можно её применять. Если что не понятно – спрашивайте.

Кстати, вместо КА1.1 можно поставить НО контакт с задержкой Отключения. То есть, включается сразу после подачи питания, выключается – через время. Но для этого нужно два отдельных реле времени с разными принципами работы, которые должны быть синхронизированы для гарантированной паузы. Именно так и реализуется в специализированных реле времени “Звезда-Треугольник”.

Да, ещё замечание. Иногда включение питания общего контактора КМ1 реализуют не напрямую, а через НО контакт “Звезды” КМ2, затем КМ1 становится на самоподхват через свой НО контакт. Это необходимо для дополнительной проверки работоспособности реле времени КА1.

Временные диаграммы работы схемы “Звезда-Треугольник”

С привязкой к моей схеме управления, диаграммы включения контакторов:

Временные диаграммы схемы управления звезда-треугольник

Тут вроде всё понятно, но есть одно важное замечание. Ещё раз. Между зеленой и красной областями обязательно нужен небольшой зазор (пауза). Его может не быть (пауза = 0), но эти области могут налазить друг на друга, если используются контакторы с катушкой постоянного тока (=24 VDC). В особенности при использовании обратновключенного диода (а он обязателен!), время выключения может быть больше времени включения в 7-10 раз!

Это я к тому, что однажды мучался с такой схемой, в ней выбивал периодически вводной автомат. Поставили спец.реле с паузой, проблема была решена!

Реальный пример схемы

Вот реальный пример такой схемы на электронном реле времени:

Фото схемы звезда-треугольник с управлением на таймере и гальванической развязкой на трансформаторе.

Слева направо в нижнем ряду: КМ1, КМ2, КМ3, КА1.

А вот пример схемы с управлением от контроллера:

Звезда-треугольник, компрессор, управление от программы контроллера

Видео, как щёлкают контакторы в этой схеме:

Вот как красиво оформили схему немцы в своём компрессоре:

Схема компрессора Звезда – Треугольник

На входе схемы – три провода, на выходе – шесть. Всё сходится)

Как переключить схему двигателя в “Звезду” и в “Треугольник” вручную

Если не нужна никакая автоматика, а двигатель работает постоянно в “Звезде” или в “Треугольнике”, то используя рожковый ключ, можно переключить схему соединения обмоток вручную.

Шильдик двигателя 220 / 380 В 0,37 кВт

На оборотной стороне крышки борно, как обычно, приведена схема:

Схема подключения 220 – 380 на крышке двигателя

Двигатель питался напрямую от трехфазной сети 380 В через контактор и был собран в “Звезду:

Клеммы двигателя в подключены в схеме “Звезда”

Откручиваем гайки М4, снимаем перемычки и провода питания:

Разбираем схему, откидываем провода

Собираем схему в треугольник, на пониженное напряжение 220 В:

Собираем треугольную схему на 220 В

Переделка понадобилась в связи с тем, что нужно изменить скорость вращения двигателя, а для этого применить частотник. А частотники на такую мощность, как правило, однофазные. В результате – поехали!

Кстати, по частотникам планирую цикл статей, подписывайтесь !

Особенность работы в “Звезде”

В соответствии с ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) двигатели могут эксплуатироваться при отклонении напряжения ± 5 % или
отклонении частоты ± 2 %. При этом параметры двигателей могут отличаться от номинальных, а превышения температуры обмоток могут быть более предельного по ГОСТ 28173 (МЭК 60034-1) на 10 °С.

К чему это я? Дело в том, что при пуске, когда двигатель работает в “Звезде”, он работает не в режиме (напряжение отличается на 70%!), что может привести к его перегреву, если это будет длиться долго. Будьте внимательны, защищайте двигатель от перегрева и перегрузки! Но это уже совсем другая история)

Видео

Различают несколько типов электродвигателей – трехфазные и однофазные. Главное отличие трехфазных электродвигателей от однофазных заключается в том, что они более производительные. Если у вас дома есть розетка на 380 В, то лучше всего купить оборудование с трехфазным электродвигателем.
Использование такого типа двигателя позволит вам сэкономить на электроэнергии и получить прирост мощности. Также вам не придется использовать различные устройства для запуска двигателя, так как благодаря напряжению в 380 В вращающее магнитное поле появляется сразу после подключения в электросеть.
Схемы подключения электродвигателя на 380 вольт
Если у вас нет сети на 380 В, то вы все равно сможете подключить трехфазный электродвигатель в стандартную электросеть на 220 В. Для этого вам понадобиться конденсаторы, которые нужно подключить по данной схеме. Но при подключении в обычную электросеть вы будете наблюдать потерю мощности. Об этом бы можете почитать .
Электродвигатели на 380 В устроены таким образом, что в статоре у них есть три обмотки, которые соединяются по типу треугольника или звезды и уже к их вершинам осуществляется подключение трех различных фаз.
Нужно помнить, что, используя подключение по типу звезды, ваш электродвигатель не будет работать на полную мощность, но зато его запуск будет плавным. При использовании схемы треугольник вы получите прирост мощности по сравнению со звездой в полтора раза, но при таком подключении возрастает шанс повредить обмотку при запуске.
Перед использованием электродвигателя нужно в первую очередь ознакомиться с его характеристиками. Все необходимые сведения можно найти в техпаспорте и на шильдике двигателя. Особое внимание следует обратить на трех фазные двигатели западноевропейского образца, так как они предназначены для работы от напряжения в 400 или 690 вольт. Для того, чтобы подключить такой электродвигатель к отечественным сетям, необходимо использовать только подключение по типу треугольник.
Если вы хотите сделать схему треугольник, то вам необходимо соединить обмотки последовательно. Нужно соединить конец одной обмотки с началом следующей и затем к трем местам соединений нужно подключить три фазы электросети.
Подключение схемы звезда-треугольник.
Благодаря этой схеме мы можем получить максимальную мощность, но у нас не будет возможности изменить направление вращения. Для того, чтобы схема заработала будут нужны три пускателя. На первый (К1) с одной стороны подключается питание, а с другой подключаются концы обмоток. К К2 и к К3 подключаются их начала. С пускателя К2 начала обмоток присоединяются на другие фазы по типу соединения треугольник. Когда К3 включается, то все три фазы закорачиваются и, в итоге, электродвигатель работает по схеме звезда.
Важно, чтобы К2 и К3 не запускались одновременно, так ка это может привести к аварийному отключению. Данная схема работает следующим образом. При запуске К1 реле временно включает К3 и запуск двигателя происходит по типу звезда. После запуска двигателя отключается К3 и запускается К2. И электромотор начинает работать по схеме треугольник. Прекращение работы происходит путем отключения К1.

В этой статье я хотел бы рассказать как изменяется мощность двигателя при схеме соединения обмоток звезда – треугольник и наоборот.

В связи со спецификой своей работы я сталкиваюсь с ремонтов различных асинхронных двигателей и в большинстве случаев выход из строя двигателя происходит при неправильном переключении обмоток двигателя, так как люди не понимают, как изменяется мощность двигателя при переключении с треугольника на звезду и обратно, и как это может отразится на работоспособности самого двигателя.

Известно [Л1. с. 34], что при соединении в звезду линейные токи Iл и фазные токи Iф равны между собой, при этом между фазным Uф и линейным напряжением Uл существует соотношение, где Uл = √3*Uф, в результате Uф = Uл/√3.

Исходя из этого, полная мощность определяется через линейные величины:

При схеме соединения в треугольник, фазные и линейные напряжения равны между собой Uл = Uф, при этом между токами существует соотношение: Iл = √3*Iф, в результате Iф = Iл/√3.

Исходя из этого, полная мощность определяется, как:

Для определения активной и реактивной мощности используются формулы:

Из-за того что формулы для схемы соединения звезды и треугольника имеют одинаковый вид, у мало опытных инженеров происходят недоразумения, будто вид соединения безразличен и ни на что не влияет.

Рассмотрим на примере, на сколько ошибочные данные утверждения. В данном примере будем рассматривать электродвигатель типа АИР90L2, который имеет две схемы подключения ∆/Y, технические характеристики двигателя:

коэффициент мощности cosφ = 0,84;
коэффициент полезного действия, η = 78,5%;

Определяем ток двигателя при напряжении 380 В и схеме соединения треугольник, мощность при таком соединении составляет 3 кВт:

Теперь соединим обмотки двигателя в звезду. В результате на фазную обмотку пришлось на 1,73 раза более низкое напряжение Uф = Uл/√3, соответственно и ток уменьшился в 1,73 раза, но так как при соединении в треугольник Uл = Uф, а линейный ток был в 1,73 раза больше фазного Iл = √3*Iф, то получается, что при соединении в звезду, мощность уменьшится в √3*√3 = 3 раза, соответственно и ток уменьшиться в 3 раза.

Из всего выше изложенного можно сделать, следующие выводы:

1. При переключении двигателя со звезды на треугольник, мощность двигателя увеличивается в 3 раза и наоборот. Использовать данные переключения, можно если схемы подключения двигателя позволяет выполнять переключения ∆/Y, в противном случае, двигатель может сгореть, когда Вы будете выполнять переключение со звезды на треугольник.

2. Как Вы уже поняли, используя схему переключения обмоток двигателя со звезды на треугольник, мы уменьшаем пусковые токи при пуске двигателя на пониженном напряжении, а затем его повышаем до номинального. Когда обмотки двигателя соединены в звезду, к каждой из них подводиться напряжение меньше номинального в 1,73 раза. В процессе пуска, двигатель увеличивает скорость вращения и ток снижается. В это время происходит переключение на треугольник.

Обращаю Ваше внимание, что двигатели, которые недогружены, работают с очень низким cosφ. Поэтому рекомендуется заменить недогруженный двигатель, на двигатель меньшей мощности. Если же у недогруженного двигателя, запас мощности велик, то cosφ можно поднять путем переключения обмоток с треугольника на звезду без риска перегреть двигатель.

Как мы видим ничего сложного нету в определении мощности при схеме звезда и треугольник.

Литература:

1. Звезда и треугольник. Е.А. Каминский, 1961 г.

Сегодня асинхронные электромоторы пользуются популярностью благодаря надежности, отличной производительности и сравнительно невысокой стоимости. Двигатели этого типа обладают конструкцией, способной выдерживать сильные механические нагрузки. Чтобы пуск агрегата прошел успешно, его необходимо правильно подключить. Для этого используется соединения типа «звезда» и «треугольник», а также их комбинация.
Виды соединений
Конструкция электромотора достаточно проста и состоит из двух главных элементов - неподвижного статора и расположенного внутри, вращающегося ротора . Каждая из этих частей имеет собственные обмотки, проводящие ток. Статорная уложена в специальные пазы при обязательном соблюдении расстояния в 120 градусов.
Принцип работы двигателя прост - после включения пускателя и подачи напряжения на статор возникает магнитное поле, заставляющее ротор вращаться. Обе оконечности обмоток выводятся в распределительную коробку и располагаются в два ряда. Их выводы маркируются буквой «С» и получают цифровое обозначение в пределах от 1 до 6.

Чтобы их соединить, можно использовать один из трех способов:
«Звезда»;
«Треугольник»;
«Звезда-треугольник».

Если все оконечности статорной обмотки соединяются в одной точке, то этот тип подключения носит название «звезда». Если же все концы обмотки соединены последовательно, то это «треугольник». В этом случае контакты располагаются так, что их ряды смещаются относительно друг друга. В результате напротив клеммы С6 находится вывод С1 и т. д. Это один из ответов на вопрос, в чем разница соединений звездой и треугольником.
Кроме этого, в первом случае обеспечивается более плавная работа мотора, но не достигается максимальная мощность. Если используется схема «треугольник», то в обмотках возникают большие пусковые токи, отрицательно влияющие на срок службы агрегата. Для их снижения приходится использовать специальные реостаты, делающие пуск максимально плавным.
Если 3-фазный двигатель подключается к сети в 220 вольт, то вращающего момента недостаточно для запуска. Чтобы увеличить этот показатель, используются дополнительные элементы. В бытовых условиях оптимальным решением станет фазосдвигающий конденсатор. Следует заметить, что мощность трехфазных сетей выше в сравнении с однофазными. Это говорит о том, что подключение 3-фазного мотора в однофазную электросеть обязательно приведет к потере мощности. Невозможно точно сказать, какой из этих способов лучше, так как у каждого есть не только преимущества, но и недостатки.
Плюсы и минусы «звезды»
Общую точку, в которой соединяются все оконечности обмотки, называют нейтралью. Если в электроцепи присутствует нейтральный проводник, то она будет называться четырехпроводной. Начало контактов подключается к соответствующим фазам сети питания. Схема соединения обмоток электродвигателя «звезда» имеет ряд преимуществ:
Обеспечивается длительная безостановочная работа электромотора.
Из-за снижения мощности увеличивается срок эксплуатации агрегата.
Достигается плавный пуск.
Во время работы не наблюдается сильного перегрева двигателя.

Встречается оборудование, имеющее внутреннее соединение оконечностей обмотки и в коробку выведено лишь три контакта. В такой ситуации использование иной схемы соединения, кроме «звезды», не представляется возможным.

Преимущества и недостатки «треугольника»
Использование этого типа подключения позволяет создать неразрывный контур в электроцепи. Такое название схема получила из-за своей эргономической формы, хотя ее вполне можно именовать и кругом. Среди достоинств «треугольника» стоит отметить:
Достигается максимальная мощность агрегата во время работы.
Применяется реостат для пуска мотора.
Значительно увеличивается крутящий момент.
Создается мощное тяговое усилие.

Среди недостатков можно отметить лишь высокие значения пусковых токов, а также активное тепловыделение во время работы. Этот тип соединения широко применяется в мощных механизмах, в которых присутствуют большие токи нагрузки. Именно благодаря этому увеличивается ЭДС, влияющая на мощность вращающего момента. Также следует сказать, что существует еще одна схема подключения, называемая «разомкнутый треугольник». Она используется в выпрямительных установках, предназначенных для получения токов тройной частоты.

Комбинирование схем
В механизмах высокой сложности зачастую используется комбинированное подключение трёхфазного двигателя звездой и треугольником. Это позволяет не только увеличить мощность агрегата, но и продлить его срок службы, если он не рассчитан на работу по способу «треугольник». Так как пусковые токи в моторах большой мощности обладают высокими значениями, то при старте оборудования часто выходят из строя предохранители или отключаются автоматы.
Чтобы уменьшить линейное напряжение в статорной обмотке, активно используются различные дополнительные устройства, например, автотрансформаторы, реостаты и т. д. В результате достигается снижение напряжения более чем в 1,7 раза. После успешного пуска мотора начинает постепенно возрастать частота, а сила тока снижается. Применение в такой ситуации релейно-контактной схемы позволяет добиться переключения соединение звезда и треугольник электродвигателя. В такой ситуации обеспечивается максимально плавный пуск силового агрегата.

Каждый статор трехфазного электродвигателя имеет три катушечные группы (обмотки) — по одной на каждую фазу, а у каждой катушечной группы имеется по 2 вывода — начало и конец обмотки, т.е. всего 6 выводов которые подписываются следующим образом:
С1 (U1) — начало первой обмотки, С4 (U2) — конец первой обмотки.
С2 (V1) — начало второй обмотки, С5 (V2) — конец второй обмотки.
С3 (W1) — начало третьей обмотки, С6 (W2) — конец третьей обмотки.

Условно на схемах каждая обмотка изображается следующим образом:
Начала и концы обмоток выводятся в клемную коробку электродвигателя в следующем порядке:
Основными схемами соединения обмоток являются треугольник (обозначается — Δ) и звезда (обозначается — Y) их мы и разберем в данной статье.
Примечание: В клемной коробке некоторых электродвигателей можно увидеть только три вывода — это значит, что обмотки двигателя уже соединены внутри его статора. Как правило внутри статора обмотки соединяются при ремонте электродвигателя (в случае если заводские обмотки сгорели). В таких двигателях обмотки, как правило, соединены по схеме «звезда» и рассчитаны на подключение в сеть 380 Вольт. Для подключения такого двигателя необходимо просто подать три фазы на три его вывода.
Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «треугольник»

Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «треугольник» необходимо: конец первой обмотки (С4/U2) соединить с началом второй (С2/V1) , конец второй (С5/V2) — с началом третьей (С3/W1) , а конец третьей обмотки (С6/W2) — с началом первой (С1/U1).
На выводы «A», «B» и «C» подается напряжение.
В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «треугольник» имеет следующий вид:
A, B, C — точки подключения питающего кабеля.
Схема соединения обмоток электродвигателя по схеме «звезда»

Что бы соединить обмотки электродвигателя по схеме «звезда» необходимо концы обмоток (С4/ U2, С5/V2 и С6/W2) соединить в общую точку, напряжение при этом подается на начала обмоток (С1/U1, С2/V1 и С3/W1).
Условно на схеме это изображается следующим образом:
В клемной коробке электродвигателя соединение обмоток по схеме «звезда» имеет следующий вид:
Определение выводов обмоток

Иногда возникают ситуации когда сняв крышку с клемной коробки электродвигателя можно с ужасом обнаружить следующую картину:
При этом выводы обмоток не подписаны, что же делать? Без паники, этот вопрос вполне решаем.
Первое, что нужно сделать — это разделить выводы по парам, в каждой паре должны быть выводы относящиеся к одной обмотке, сделать это очень просто, нам понадобится тестер или двухполюсный указатель напряжения.
В случае использования тестера устанавливаем его переключатель в положение измерения сопротивления (подчеркнуто красной линией), при использовании двухполюсного указателя напряжения им, перед применением, необходимо коснуться токоведущих частей находящихся под напряжением на 5-10 секунд, для его зарядки и проверки работоспособности.
Далее необходимо взять один любой вывод обмотки, условно примем его за начало первой обмотки и соответственно подписываем его «U1», после касаемся одним щупом тестера или указателя напряжения подписанного нами вывода «U1», а вторым щупом любого другого вывода из оставшихся пяти неподписанных концов. В случае, если коснувшись вторым щупом второго вывода показания тестера не изменились (тестер показывает единицу) или в случае с указателем напряжения — ни одна лампочка не зажглась — оставляем этот конец и касаемся вторым щупом другого вывода из оставшихся четырех концов, перебираем вторым щупом концы до тех пор пока показания тестера не изменятся, либо, в случае с указателем напряжения — до тех пор пока не загорится лампочка «Test». Найдя таким образом второй вывод нашей обмотки принимаем его условно как конец первой обмотки и подписываем его соответственно «U2».
Таким же образом поступаем с оставшимися четырьмя выводами, так же разделив их на пары подписав их соответственно как V1,V2 и W1,W2. Как это делается можно увидеть на видео ниже.
Теперь, когда все выводы разделены по парам, необходимо определить реальные начала и концы обмоток. Сделать это можно двумя методами:
Первый и самый простой метод — метод подбора, может применяться для электродвигателей мощностью до 5 кВт. Для этого берем наши условные концы обмоток (U2,V2 и W2) и соединяем их, а на условные начала (U1,V1 и W1), кратковременно, желательно не более 30 секунд, подаем трехфазное напряжение:
Если двигатель запустился и работает нормально, значит начала и концы обмоток определены верно, если двигатель сильно гудит и не развивает должные обороты, значит где то есть ошибка. В этом случае необходимо всего лишь поменять любые два вывода одной обмотки местами, например U1 c U2 и запустить заново.